Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием

Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с искровым зажиганием.

Уровень техники

В уровне техники известен дизельный двигатель, в котором на верхней поверхности каждой камеры сгорания в дополнение к впускному клапану и выпускному клапану расположен управляющий клапан и который снабжен управляющим средством для открывания этого управляющего клапана в момент начала такта сжатия и закрывания его в середине такта сжатия (см. японскую патентную публикацию (А) №4-86338). В этом дизельном двигателе, даже если такт сжатия начинается, а управляющий клапан открыт, всасываемый воздух в камере сгорания выпускается через управляющий клапан, вследствие чего процесс сжатия не осуществляется. Процесс сжатия начинается, когда управляющий клапан закрывается. Следовательно, в этом дизельном двигателе управление моментом времени закрывания управляющего клапана осуществляется с целью управления степенью сжатия.

Отметим, что в этом дизельном двигателе за счет управления моментом времени закрывания управляющего клапана получается, что чем ниже атмосферное давление, тем выше задается степень сжатия, и при этом, чем ниже атмосферная температура, тем выше задается степень сжатия.

С другой стороны, в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием выходной крутящий момент двигателя определяется количеством всасываемого воздуха. В этом случае за счет управления моментом времени закрывания впускного клапана появляется возможность управлять количеством всасываемого воздуха в управляемой камере сгорания. То есть, даже если начался такт сжатия, а впускной клапан открыт, всасываемый воздух в камере сгорания выпускается через впускной клапан во впускной канал, так что количество всасываемого воздуха, фактически подаваемое в камеру сгорания, становится количеством всасываемого воздуха, герметизированного в камере сгорания, когда впускной клапан закрывается. Следовательно, за счет управления моментом времени закрывания впускного клапана можно управлять количеством всасываемого воздуха камеры сгорания.

В этой связи отметим, что в двигателе внутреннего сгорания выходной крутящий момент, необходимый в соответствии с рабочим состоянием двигателя, предпочтительно создается, даже если атмосферное давление изменяется. По этой причине, массу всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, приходится поддерживать одной и той же, даже если атмосферное давление изменяется. Поэтому, например, если атмосферное давление падает, плотность всасываемого воздуха будет становиться меньшей, а объем всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, придется увеличивать. Следовательно, если пытаться закрыть впускной клапан после достижения нижней мертвой точки такта впуска, то необходимо сделать момент времени закрывания впускного клапана наступающим раньше.

В этой связи отметим, что если момент времени закрывания впускного клапана делают наступающим раньше, степень сжатия будет становиться большей, так что, если, например, предположить, что атмосферная температура остается той же самой, то температура в конце такта сжатия окажется исключительно высокой. С другой стороны, в этом случае для понижения температуры в конце такта сжатия можно обеспечить запаздывание момента времени закрывания впускного клапана, а если момент времени закрывания впускного клапана запаздывает, то при этом количество всасываемого воздуха будет уменьшаться, следовательно, выходной крутящий момент, в конце концов, станет меньше, чем требуемый крутящий момент.

В вышеупомянутом известном дизельном двигателе - за счет управления моментом времени закрывания управляющего клапана - управление степенью сжатия осуществляется до достижения целевой степени сжатия в соответствии с атмосферным давлением и атмосферной температурой. То есть, управление давлением в конце такта сжатия и температурой в конце такта сжатия осуществляется с приведением к давлению в конце такта сжатия и температуре в конце такта сжатия, приемлемых для сгорания с искровым зажиганием. Вместе с тем, при управлении моментом времени закрывания управляющего клапана для управления количеством всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, даже если температура в конце такта сжатия становится исключительно высокой, нельзя обеспечить запаздывание момента времени закрывания впускного клапана, чтобы получить выходной крутящий момент в соответствии с требуемым крутящим моментом. Для управления температурой в конце такта сжатия становится необходимым управление, отличающееся от того, которое характерно для вышеупомянутого дизельного двигателя.

Существо изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в создании двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, обеспечивающего возможность регулировки температуры в конце такта сжатия для достижения ее оптимального значения.

В соответствии с настоящим изобретением предложен двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, оснащенный механизмом, обеспечивающим изменяемую синхронизацию, выполненным с возможностью управления моментом времени закрывания впускного клапана, и механизмом, обеспечивающим изменяемую степень сжатия, выполненным с возможностью изменения механической степени сжатия и управления моментом времени закрывания впускного клапана, для управления количеством всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, вызывая при этом приближение момента времени закрывания впускного клапана к моменту прохождения нижней мертвой точки такта впуска, когда атмосферное давление падает, а механическая степень сжатия снижается, когда атмосферное давление падает или атмосферная температура поднимается, чтобы можно было получить выходной крутящий момент в соответствии с требуемым крутящим моментом даже когда атмосферное давление изменяется.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлен общий вид двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием.

На фиг.2 представлено аксонометрическое изображение механизма, обеспечивающего изменяемую степень сжатия, в разобранном состоянии.

На фиг.3 представлено сечение на виде сбоку иллюстрируемого двигателя внутреннего сгорания.

На фиг.4 представлен вид механизма, обеспечивающего изменяемую синхронизацию клапана.

На фиг.5 представлен вид, иллюстрирующий величину хода впускного и выпускного клапанов.

На фиг.6 представлен вид для пояснения степени сжатия двигателя, фактической степени сжатия и степени расширения.

На фиг.7 представлен вид, иллюстрирующий зависимость между теоретическим термическим кпд и степенью расширения.

На фиг.8 представлен вид для пояснения обычного цикла и цикла со сверхвысокой степенью расширения.

На фиг.9 представлен вид, иллюстрирующий изменение в механической степени сжатия и т.д. в соответствии с требуемым крутящим моментом.

На фиг.10 представлен вид, иллюстрирующий график зависимости давления от объема.

На фиг.11 представлен вид, иллюстрирующий график зависимости давления от объема.

На фиг.12 представлен вид, иллюстрирующий допустимое предельное значение, при котором можно осуществить нормальное сжатие.

На фиг.13 представлен вид, иллюстрирующий механическую степень сжатия и момент времени закрывания впускного клапана.

На фиг.14 представлен вид, иллюстрирующий механическую степень сжатия и момент времени закрывания впускного клапана.

На фиг.15 представлен вид, иллюстрирующий карту опорного момента IC времени закрывания впускного клапана и т.д.

На фиг.16 представлен вид, иллюстрирующий величину Δθ поправки для времени закрывания впускного клапана.

На фиг.17 представлен вид, иллюстрирующий величину ΔCR поправки для механической степени сжатия.

На фиг.18 представлена блок-схема последовательности действий оперативного управления.

Осуществление изобретения

На фиг.1 представлено сечение на виде сбоку внутреннего сгорания с искровым зажиганием.

На фиг.1 позиция 1 обозначает картер двигателя, 2 - блок цилиндров, 3 - головку цилиндра, 4 - поршень, 5 - камеру сгорания, 6 - свечу зажигания, расположенную в верхней центральной точке камеры сгорания 5, 7 - впускной клапан, 8 - впускной канал, 9 - выпускной клапан, а 10 - выпускной канал. Впускной канал 8 соединен посредством впускного патрубка 11 со сглаживающим ресивером 12, при этом каждый впускной патрубок 11 снабжен форсункой 13 для впрыска топлива в соответствующий впускной канал 8. Каждая форсунка 13 может быть расположена в каждой камере сгорания 5, а не связана с каждым впускным патрубком 11.

Сглаживающий ресивер 12 соединен посредством воздухозаборного канала 14 с воздушным фильтром 15, причем воздухозаборный канал 14 снабжен внутри дроссельной заслонкой 17, привод которой осуществляется исполнительным механизмом 16, детектором 18 количества всасываемого воздуха, использующим, например, нить накала, датчиком 19 атмосферного давления и датчиком 20 температуры атмосферы. С другой стороны, выпускной канал 10 соединен посредством выпускного коллектора 21 с каталитическим преобразователем 22, содержащим, например, трехкомпонентный нейтрализатор, при этом выпускной коллектор 21 снабжен внутри датчиком 23 соотношения компонентов топливовоздушной смеси.

С другой стороны, в варианте осуществления, показанном на фиг.1, соединительная часть катера 1 двигателя и блока 2 цилиндров снабжена механизмом А, обеспечивающим изменяемую степень сжатия, выполненным с возможностью изменения относительных положений картера 1 двигателя и блока 2 цилиндров в осевом направлении цилиндров с целью изменения объема камеры 5 сгорания, когда поршень 4 находится в верхней мертвой точке такта сжатия, и дополнительно снабжен механизмом В, обеспечивающим изменение момента времени начала фактического процесса сжатия, выполненным с возможностью изменения момента времени начала фактического процесса сжатия. Отметим, что в варианте осуществления, показанном на фиг.1, этот механизм В, обеспечивающий изменение момента времени начала фактического процесса сжатия, состоит из механизма, обеспечивающего изменяемую синхронизацию клапана, и выполнен с возможностью управления моментом времени закрытия впускного клапана 7.

Электронный управляющий блок 30 состоит из компьютера, снабженного компонентами, соединенными друг с другом посредством двунаправленной шины 31, таких как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 32, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 33, ЦП (микропроцессор) 34, порт 35 ввода и порт 36 вывода. Выходные сигналы детектора 18 количества всасываемого воздуха, датчика 19 атмосферного давления, датчика 20 атмосферной температуры и датчика 23 соотношения компонентов топливовоздушной смеси вводятся посредством соответствующих аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 37 в порт 35 ввода. Кроме того, педаль 40 акселератора соединена с датчиком 41 нагрузки, генерирующим выходное напряжение, пропорциональное вдавливанию L педали 40 акселератора. Выходное напряжение датчика 41 нагрузки вводится посредством соответствующего АЦП 37 в порт 35 ввода. Далее порт 35 ввода соединен с датчиком 42 угла поворота коленчатого вала, генерирующим выходной импульс каждый раз, когда коленчатый вал поворачивается, например, на 30°. С другой стороны, порт 36 вывода соединен посредством схемы 38 возбуждения со свечой 76 зажигания, топливной форсункой 13, исполнительным механизмом 16 привода дроссельной заслонки, механизмом А, обеспечивающим изменяемую степень сжатия, и механизмом В, обеспечивающим изменяемую синхронизацию клапана.

На фиг.2 представлено аксонометрическое изображение показанного на фиг.1 механизма А, обеспечивающего изменяемую степень сжатия, в разобранном состоянии, а на фиг.3 представлено сечение на виде сбоку иллюстрируемого двигателя внутреннего сгорания. На фиг.2 внизу обеих боковых стенок блока 2 цилиндров выполнено множество вступающих частей 50, отстоящих друг от друга на определенном расстоянии. Каждая выступающая часть 50 выполнена с имеющим круглое поперечное сечение отверстием 51 для кулачка. С другой стороны, верхняя поверхность картера 1 двигателя выполнена с множеством выступающих частей 52, отстоящих друг от друга на определенном расстоянии и устанавливаемых между соответствующими выступающими частями 50. Эти выступающие части 52 также выполнены с имеющими круглое поперечное сечение отверстиями 53 для кулачка.

Как показано на фиг.2, предусмотрена пара кулачковых валов 54, 55. Каждый из кулачковых валов 54, 55 имеет закрепленные на нем круглые кулачки 56, выполненные с возможностью установки и вращения в каждом из отверстий 51. Эти круглые кулачки 56 соосны с осями вращения кулачковых валов 54, 55. С другой стороны, как показано на фиг.3, между круглыми кулачками 56 проходят эксцентриковые валы 57, расположенные с эксцентриситетом относительно осей вращения кулачковых валов 54, 55. Каждый вал 57 эксцентрика имеет другие круглые кулачки 58, закрепленные на нем с возможностью вращения с эксцентриситетом относительно него. Как показано на фиг.2, эти круглые кулачки 58 расположены между круглыми кулачками 56. Круглые кулачки 58 выполнены с возможностью установки и вращения в соответствующих отверстиях 53.

Когда круглые кулачки 56 на валах валами 54, 55 поворачиваются в противоположных направлениях, как показано стрелками, изображенными сплошными линиями на фиг.3(А), из состояния, показанного на фиг.3(А), эксцентриковые валы 57 движутся к нижней мертвой точке, так что круглые кулачки 58 поворачиваются в противоположных направлениях в отверстиях 53, как показано пунктирными линиями на фиг.3(А). Как показано на фиг.3(В), когда эксцентриковые валы 57 движутся к нижней мертвой точке, центры круглых кулачков 58 движутся опускаясь ниже эксцентриковых валов 57.

Как будет ясно из сравнения фиг.3(А) и фиг.3(В) относительные положения картера 1 двигателя и блока 2 цилиндров определяются расстоянием между центрами круглых кулачков 56 и центрами круглых кулачков 58. Чем больше расстояние между центрами круглых кулачков 56 и центрами круглых кулачков 58, тем дальше блок 2 цилиндров от картера 1 двигателя. Если блок 2 цилиндров удаляется от картера 1 двигателя, то, следовательно, когда поршень 4 находится в верхней мертвой точке такта сжатия, объем камеры 5 сгорания, увеличивается, благодаря вращению кулачковых валов 54, 55, и поэтому, когда поршень 4 находится в верхней мертвой точке такта сжатия, можно изменить объем камеры 5 сгорания.

Как показано на фиг.2, чтобы привести кулачковые валы 54, 55 во вращение в противоположных направлениях, вал приводного электродвигателя 58 снабжен парой червяков 61, 62 с противоположными направлениями витков. На концах кулачковых валов 54, 55 закреплены червячные колеса 63, 64, введенные в зацепление с этими червяками 61, 62. В этом варианте осуществления, приводной электродвигатель 59 можно приводить в действие для изменения объема камеры 5 сгорания в широком диапазоне, когда поршень 4 находится в верхней мертвой точке такта сжатия. Отметим, что пример этого демонстрирует механизм А, обеспечивающий изменяемую степень сжатия, показанный на фиг.1-3. Можно использовать механизм А, обеспечивающий изменяемую степень сжатия любого типа.

С другой стороны, на фиг.4 показан механизм В, обеспечивающий изменяемую синхронизацию клапана, закрепленный к концу кулачкового вала 70 для привода впускного клапана 7, показанного на фиг.1. На фиг.4 механизм В, обеспечивающий изменяемую синхронизацию клапана, снабжен синхронизирующим шкивом 71, вращаемым коленчатым валом двигателя посредством синхронизирующего ремня в направлении по стрелке, цилиндрическим кожухом 72, вращающимся вместе с синхронизирующим шкивом 71, валом 73, выполненным с возможностью вращения вместе с кулачковым валом 70 привода впускного клапана и вращения относительно цилиндрического кожуха 72, множеством перегородок 74, проходящих от внутренней окружной поверхности цилиндрического кожуха 72 до наружной окружной поверхности вала 73, и лопатками 75, проходящими между перегородками 74 от наружной окружной поверхности вала 73 до внутренней окружной поверхности цилиндрического кожуха 72, причем две стороны лопаток 75 образуют гидравлические камеры 76 для опережения, и гидравлическими камерами 77 для запаздывания.

Подачей рабочей жидкости в гидравлические камеры 76, 77 управляет клапан 79 подачи. Этот управляющий клапан 79 снабжен цилиндрическими отверстиями 79, 80, соединенными с гидравлическими камерами 76, 77, питающим отверстием 82 для рабочей жидкости от гидравлического насоса 81, парой выпускных отверстий 83, 84 и золотником 85 для управления соединением и разобщением отверстий 79, 80, 82, 83, 84.

Чтобы сделать опережающей фазу кулачков кулачкового вала 70 привода впускного клапана, показанный на фиг.4 золотник 85 перемещается вправо, при этом рабочая жидкость направляется через отверстие 79 в гидравлические камеры 76 для опережения, а рабочая жидкость в гидравлических камерах 77 для запаздывания выпускается из отверстия 84. В это время вал 73 поворачивается относительно цилиндрического кожуха 72 в направлении по стрелке.

В противоположность этому, чтобы сделать запаздывающей фазу кулачков кулачкового вала 70 привода впускного клапана, показанный на фиг.4 золотник 85 перемещается влево, при этом рабочая жидкость из отверстия 82 подается через отверстие 80 в гидравлические камеры 77 для запаздывания, а рабочая жидкость в гидравлических камерах 76 для опережения выпускается из отверстия 83. В это время вал 73 поворачивается относительно цилиндрического кожуха 72 в направлении, противоположном тому, которое показано стрелкой.

Когда вал 73 приводится во вращение относительно цилиндрического корпуса 72, если золотник 85 повернут в нейтральное положение, показанное на фиг.4, операция относительного поворота вала 73 заканчивается, и в этот момент вал 73 удерживается в относительном повернутом положении. Следовательно, можно использовать механизм В, обеспечивающий изменяемую синхронизацию клапана, для того, чтобы сделать фазу кулачков кулачкового вала 70 привода впускного клапана опережающей или запаздывающей точно на желаемую величину.

Сплошные линии на фиг.5 иллюстрируют случай, когда механизм В, обеспечивающий изменяемую синхронизацию клапана, используется для того, чтобы сделать фазу кулачков кулачкового вала 70 привода впускного клапана максимально опережающей, а пунктирные линии иллюстрируют случай, когда механизм В, обеспечивающий изменяемую синхронизацию клапана, используется для того, чтобы сделать фазу кулачков кулачкового вала 70 привода впускного клапана максимально запаздывающей. Следовательно, можно произвольно задавать момент времени открывания впускного клапана 7 между диапазоном, показанным сплошной линией на фиг.5, и диапазоном, показанным пунктирной линией на фиг.5, и поэтому можно задавать момент времени закрывания впускного клапана 7 соответствующим любому углу поворота коленчатого вала в диапазоне, показанном стрелкой С на фиг.5.

Механизм В, обеспечивающий изменяемую синхронизацию клапана, показанный на фиг.1 и фиг.4, является одним из примеров. Например, можно использовать механизмы различных других типов, обеспечивающие изменяемую синхронизацию клапана, выполненных с возможностью изменять только момент времени закрывания впускного клапана, поддерживая при этом момент времени открывания впускного клапана постоянным.

Далее, со ссылками на фиг.6, будет пояснен смысл терминов, используемых в данной заявке. Отметим, что на фиг.6(А), (В) и (С) в иллюстративных целях показан двигатель с объемом камеры сгорания, составляющим 50 мл, и рабочим объемом цилиндра, составляющим 500 мл. На этих фиг.6(А), (В) и (С) объем камеры сгорания - это объем камеры сгорания тогда, когда поршень находится в верхней мертвой точке такта сжатия.

Фиг.6(А) поясняет механическую степень сжатия. Механическая степень сжатия является величиной, определяемой исходя из рабочего объема цилиндра и объема камеры сгорания во время такта сжатия. Эта механическая степень сжатия выражается отношением суммы объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра к объему камеры сгорания. В примере, показанном на фиг.6(А), эта механическая степень сжатия становится равной (50 мл+500 мл)/50 мл=11.

Фиг.6(В) поясняет фактическую степень сжатия. Эта фактическая степень сжатия является величиной, определяемой исходя из фактического рабочего объема цилиндра с того момента, когда фактически начинается действие сжатия, до того момента, когда поршень достигает верхней мертвой точки, и объема камеры сгорания. Эта фактическая степень сжатия выражается отношением суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра к объему камеры сгорания. То есть, как показано на фиг.6(В), даже если поршень начинает подниматься в такте сжатия, процесс сжатия не осуществляется при открытом впускном клапане. Фактический процесс сжатия начинается после того, как впускной клапан закрывается. Следовательно, эта фактическая степень сжатия выражается - с использованием фактического рабочего объема цилиндра следующим образом. В примере, показанном на фиг.6(В), фактическая степень сжатия становится равной (50мл+450мл)/50мл=10.

Фиг.6(С) поясняет степень расширения. Степень расширения является величиной, определяемой исходя из рабочего объема цилиндра во время такта расширения и объема камеры сгорания. Эта степень расширения выражается отношением суммы объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра к объему камеры сгорания. В примере, показанном на фиг.6(С), степень расширения становится равной (50 мл+500 мл)/50 мл=11.

Далее, со ссылками на фиг.7 и фиг.8, будет пояснен цикл со сверхвысокой степенью расширения. Отметим, что на фиг.7 показана зависимость между теоретическим термическим кпд и степенью расширения, а на фиг.8 показано сравнение обычного цикла и цикла со сверхвысокой степенью расширения, используемого в зависимости от нагрузки.

На фиг.8(А) показан обычный цикл, когда впускной клапан закрывается около нижней мертвой точки и действие сжатия, осуществляемое поршнем, начинается практически около нижней мертвой точки такта сжатия. В примере, показанном на этой фиг.8(А), как и в примерах, показанных на фиг.6(А), (В) и (С), объем камеры сгорания составляет 50 мл, а рабочий объем поршня составляет 500 мл. Как будет ясно из фиг.8(А), в обычном цикле механическая степень сжатия составляет (50 мл+500 мл)/50 мл=11, фактическая степень сжатия также составляет около 11 и степень расширения тоже становится равной (50 мл+450 мл)/50 мл=11. То есть, в обычном двигателе внутреннего сгорания механическая степень сжатия, фактическая степень сжатия и степень расширения становятся, по существу, одинаковыми.

Сплошная линия на фиг.7 иллюстрирует изменение теоретического термического кпд в случае, если фактическая степень сжатия и механическая степень сжатия, по существу, равны, то есть - в обычном цикле. В этом случае обнаруживается, что чем больше степень расширения, то есть, чем выше фактическая степень сжатия, тем выше теоретический термический кпд. Следовательно, чтобы увеличить теоретический термический кпд в обычном цикле, следует повысить фактическую степень сжатия. Вместе с тем, из-за ограничений, накладываемых на наступление детонации во время работы двигателя при большой нагрузке, фактическую степень сжатия можно соответственно увеличить даже на максимальном уровне лишь до значения примерно 12 в обычном цикле, и поэтому не удается сделать теоретический термический кпд достаточно высоким.

С другой стороны, в этой ситуации авторы изобретения установили четкое различие между механической степенью сжатия и фактической степенью сжатия и на этой основе исследовали теоретический термический кпд, в результате чего обнаружилось, что в теоретическом термическом кпд доминирует степень расширения, а фактическая степень сжатия почти совсем не оказывает влияние на теоретический термический кпд. То есть, если повышают фактическую степень сжатия, то увеличивается взрывная сила, а сжатие требует большой энергии, поэтому даже если повысить фактическую степень сжатия, теоретический термический кпд почти совсем не увеличится.

В противоположность этому, если увеличивают степень расширения, то чем продолжительнее период, в течение которого сила действует, оказывая нажим вниз на поршень во время такта расширения, тем продолжительнее время, в течение которого поршень передает вращающую силу коленчатому валу. Следовательно, чем выше задается степень расширения, тем выше становится теоретический термический кпд. Пунктирная линия на фиг.7 иллюстрирует теоретический термический кпд в случае фиксации фактической степени сжатия на уровне 10 и увеличения степени расширения в этом состоянии. Таким образом, обнаруживается, что величина повышения теоретического термического кпд при повышении степени расширения в состоянии, когда фактическая степень сжатия поддерживается на уровне низкого значения, и величина повышения теоретического термического кпд при повышении степени расширения в случае, когда фактическая степень сжатия увеличивается наряду со степенью расширения, как показано сплошной линией на фиг.7, не окажутся намного различающимися.

Если фактическая степень сжатия поддерживается таким образом на уровне низкого значения, то детонация не наступит, следовательно, если теоретический термический кпд повышается в состоянии, когда фактическая степень сжатия поддерживается на уровне низкого значения, то можно предотвратить наступление детонации и можно значительно повысить теоретический термический кпд. Фиг.8(В) иллюстрирует пример, когда для поддержания фактической степени сжатия на уровне низкого значения и повышения степени расширения используют механизм А, обеспечивающий изменяемую степень сжатия, и механизм В, обеспечивающий изменяемую синхронизацию клапана.

Обращаясь к фиг.8(В), отмечаем, что в этом примере механизм А, обеспечивающий изменяемую степень сжатия, используется для уменьшения объема камеры сгорания с 50 мл до 20 мл. С другой стороны, механизм В, обеспечивающий изменяемую синхронизацию клапана, используется для обеспечения запаздывания момента закрытия впускного клапана до тех пор, пока фактический рабочий объем цилиндра не изменится с 500 мл до 200 мл. В результате, в этом примере фактическая степень сжатия становится равной (20 мл+200 мл)/20 мл=11, а степень расширения становится равной (20 мл+500 мл)/20 мл=26. Как пояснялось выше, в обычном цикле, показанном на фиг.8(А), фактическая степень сжатия составляет около 11, а степень расширения равна 11. По сравнению с этим случаем, в случае, показанном на фиг.8(В), обнаруживается, что только степень расширения увеличивается до 26. Это и является причиной, по которой упомянутый случай называют «циклом со сверхвысокой степенью расширения».

Как пояснялось выше, вообще говоря, в двигателе внутреннего сгорания, чем меньше нагрузка двигателя, тем хуже термический кпд, поэтому для повышения термического кпд во время работы транспортного средства, то есть для повышения эффективности потребления топлива, становиться необходимым повышение термического кпд во время работы двигателя при малой нагрузке. С другой стороны, в цикле со сверхвысокой степенью расширения, показанном на фиг.8 (В), фактический рабочий объем цилиндра во время такта сжатия задается меньше, так что меньше становится и количество всасываемого воздуха, который можно всасывать в камеру 5 сгорания, следовательно, когда нагрузка двигателя относительно мала, можно использовать только этот цикл со сверхвысокой степенью расширения. Следовательно, в настоящем изобретении во время работы двигателя при малой нагрузке устанавливается цикл со сверхвысокой степенью расширения, показанный на фиг.8(В), а во время работы двигателя при большой нагрузке устанавливается обычный цикл, показанный на фиг.8(А).

Далее, со ссылками на фиг.9, будет в общих чертах дано пояснение оперативного управления в целом.

На фиг.9 показано изменение механической степени сжатия, изменение степени расширения, изменение момента времени закрывания впускного клапана 7, изменение фактической степени сжатия, изменение количества всасываемого воздуха, изменение степени открытия дроссельной заслонки 17 и изменение насосных потерь в зависимости от требуемого крутящего момента. Отметим, что фиг.9 иллюстрирует случай, когда атмосферное давление является стандартным атмосферным давлением, составляющим, например, 98 кПа (980 мбар), а атмосферная температура является стандартной атмосферной температурой, например, 0°С. Кроме того, в варианте осуществления, соответствующем настоящему изобретению, управление средним соотношением компонентов топливовоздушной смеси обычно осуществляется с обратной связью на основе выходного сигнала датчика 23 соотношения компонентов топливовоздушной смеси, так что трехкомпонентный нейтрализатор в каталитическом преобразователе 22 может одновременно уменьшать количество не прогоревших НС, СО и NO_x в выхлопном газе.

Теперь, как пояснялось выше, во время работы двигателя при большой нагрузке, т.е. при большом требуемом крутящем моменте, осуществляется обычный цикл, показанный на фиг.8(А). Следовательно, как показано на фиг.9, в это время, поскольку механическая степень сжатия задается низкой, степень расширения становится низкой и - как показано сплошной линией внизу на фиг.9, - момент времени закрытия впускного клапана 7 наступает раньше, как было показано сплошной линией на фиг.5. Кроме того, при этом количество всасываемого воздуха велико. В то же время, степень открывания дроссельной заслонки 17 такова, что она поддерживается полностью открытой или практически полностью открытой, так что насосные потери становятся нулевыми.

С другой стороны, как показано на фиг.9, наряду со снижением нагрузки двигателя увеличивается механическая степень сжатия, поэтому степень расширения также увеличивается. Кроме того, момент времени закрывания впускного клапана 7 запаздывает, поскольку требуемый крутящий момент становится меньше, как показано сплошной линией на фиг.9, так что фактическая степень сжатия поддерживается, по существу, постоянной. Отметим, что при этом дроссельная заслонка 17 также поддерживается полностью открытой или практически полностью открытой. Следовательно, управление количеством всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 5 сгорания, осуществляется не с помощью дроссельной заслонки 17, а за счет изменения момента времени закрывания впускного клапана 7. И при этом насосные потери также становятся нулевыми.

Таким образом, когда требуемый крутящий момент становится меньше в сравнении с состоянием работы двигателя при большой нагрузке, механическая степень сжатия увеличивается наряду с падением количества всасываемого воздуха при практически постоянной фактической степени сжатия. То есть, когда поршень 4 достигает верхней мертвой точки такта сжатия, объем камеры 4 сгорания постепенно уменьшается для уменьшения количества всасываемого воздуха. Следовательно, когда поршень 4 достигает верхней мертвой точки такта сжатия, объем камеры 5 сгорания изменяется пропорционально количеству всасываемого воздуха. Отметим, что при этом соотношение компонентов топливовоздушной смеси в камере 5 сгорания становится стехиометрическим, так что когда поршень 4 достигает верхней мертвой точки такта сжатия, объем камеры 5 сгорания изменяется пропорционально количеству топлива.

Если требуемый крутящий момент становится еще меньше, механическая степень сжатия дополнительно увеличивается. Когда механическая степень сжатия достигает предельной механической степени сжатия, образующей конструкционный предел камеры 5 сгорания, в области нагрузки, меньшей, чем нагрузка L₁ двигателя, когда механическая степень сжатия достигает предельной механической степени сжатия, эта механическая степень сжатия поддерживается на уровне предельной механической степени сжатия. Следовательно, когда требуемый крутящий момент низок, т.е. во время работы двигателя при малой нагрузке, механическая степень сжатия становится максимальной и степень расширения тоже становится максимальной. Если идти этим путем к получению максимальной степени расширения во время работы двигателя при малой нагрузке, то механическая степень расширения задается максимальной. Кроме того, при этом фактическая степень сжатия поддерживается на уровне фактической степени сжатия, по существу, такой же, как во время работы двигателя при средней и большой нагрузке.

С другой стороны, как показано сплошной линией на фиг.9, момент времени закрывания впускного клапана 7 делают запаздывающим до предельного момента времени закрывания, гарантирующего управление количеством всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 5 сгорания, когда требуемый крутящий момент становится меньше. В области требуемого крутящего момента, меньшего, чем требуемый крутящий момент L₂, когда момент времени закрывания впускного клапана 7 достигает предельного момента времени закрывания, момент времени закрывания впускного клапана 7 поддерживается на уровне предельного момента времени закрывания. Если момент времени закрывания впускного клапана 7 поддерживается на уровне предельного момента времени закрывания, управление количеством всасываемого воздуха посредством изменения момента времени закрывания впускного клапана 7 больше не будет возможным. Поэтому придется управлять количеством всасываемого воздуха каким-то другим способом.

В варианте осуществления, показанном на фиг.9, в это время, т.е. в области требуемого крутящего момента, меньшего, чем требуемый крутящий момент L₂, когда момент времени закрывания впускного клапана 7 достигает предельного момента времени закрывания, для управления количеством всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 5 сгорания, используется дроссельная заслонка 17. Вместе с тем, если дроссельная заслонка 17 используется для управления количеством всасываемого воздуха, то увеличиваются насосные потери, как показано на фиг.9.

Отметим, что для предотвращения этих насосных потерь в области требуемого крутящего момента, меньшего, чем требуемый крутящий момент L₂, когда момент времени закрывания впускного клапана 7 достигает предельного момента времени закрывания, дроссельная заслонка 17 поддерживается полностью открытой или практически полностью открытой. В этом состоянии, чем меньше нагрузка двигателя, тем больше можно сделать соотношение компонентов топливовоздушной смеси. При этом форсунка 13 предпочтительно расположена в камере 5 сгорания для осуществления стратифицированного сгорания.

С другой стороны, как пояснялось выше, в цикле со сверхвысокой степенью расширения, показанном на фиг.8(В), степень расширения задается равной 26. Чем выше эта степень расширения, тем лучше, а если она составляет 20 или более, то можно получить значительно более высокий термический кпд. Поэтому в настоящем изобретении механизм А, обеспечивающий изменяемую степень сжатия, выполнен таким образом, что степень расширения составляет 20 или более. Кроме того, в примере, показанном на фиг.9, механическая степень сжатия непрерывно изменяется в соответствии с требуемым крутящим моментом. Вместе с тем, возможно также ступенчатое изменение механической степени сжатия в соответствии с требуемым крутящим моментом.

С другой стороны, как показано пунктирной линией на фиг.9, когда требуемый крутящий момент становится меньше, можно - за счет того, что момент времени закрывания впускного клапана наступает раньше, - управлять количеством всасываемого воздуха независимо от дроссельной заслонки 17. Следовательно, если на фиг.9 полностью отобразить и случай, показанный сплошной линией, и случай, показанный пунктирной линией, то в варианте осуществления, соответствующем настоящему изобретению, когда требуемый крутящий момент становится меньше, момент времени закрывания впускного клапана 7 сдвигается в направлении от нижней мертвой точки (НМТ) такта впуска до тех пор, пока не будет достигнут предельный момент времени закрывания, гарантирующий управление количеством всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания.

Теперь в в